KAJIAN SISTEM KINERJA PLTS
OFF-GRID
1 kWp DI STT-PLN
Tony Koerniawan1); Aas Wasri Hasanah2) Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknik - PLN 1[email protected]; 2[email protected]
Abstract : The Solar Power Plant Off-Grid 1 kWp at STT-PLN is one of the power plants built at STT-PLN to support renewable energy research, especially solar power generation. Since the solar power plant Off-Grid 1 kWp in STT-PLN has not yet known the optimum potential of electrical energy, the final yield (YF), the performance ratio (PR), and the efficiency of the system which is the parameters of a plant's performance Solar power. It is therefore necessary to analyze the performance of the solar power plant Off-Grid 1 kWp in STT-PLN, in order to know the operating system and the constraints that occur in the solar power plant Grid 1 kWp in STT-PLN. To know the working parameters of Off-Grid 1 kWp in STT-PLN then do the research before and after maintenance of solar power plant. Where final yield (YF), performance ratio (PR) before maintenance is 1.71343 Wh / Wp.day; 51.78%. While after maintenance of 3.10121 Wh / Wp.day; And 79.29%. From this research also obtained the efficiency of Off-Grid 1 kWp solar power system in STT-PLN as a whole by 80,40%.
Keywords: Off-Grid PLTS, final yield (YF), performance ratio (PR), Efficiency.
Abstrak : Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Off-Grid 1 kWp di STT-PLN merupakan salah satu pembangkit listrik yang dibangun di STT-PLN guna menunjang penelitian energi baru terbarukan terutama PLTS. Sejak PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN beroperasi belum banyak diketahui potensi energi listrik yang optimum, hasil akhir/final yield (YF), performance ratio (PR), serta efisiensi sistem yang merupakan
parameter-paremeter kinerja suatu PLTS. Sehingga perlu dilakukan analisis terkait kinerja PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN, agar dapat pula diketahui sistem operasi dan kendala-kendala yang terjadi pada PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN. Untuk mengetahui parameter kerja dari Off-Grid 1 kWp di STT-PLN maka dilakukan penelitian sebelum dan sesudah maintenance PLTS. Dimana hasil akhir/final yield (YF), performance ratio (PR)
sebelum maintenance sebesar 1.71343 Wh/Wp.hari ;51,78 %. Sementara setelah maintenance sebesar 3.10121 Wh/Wp.haridan79,29 %. Dari penelitian ini juga didapatkan efisiensi sistem PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN secara keseluruhan sebesar 80,40 %. Kata Kunci : PLTS Off-Grid, hasil akhir harian (YF), performance ratio (PR), Efisiensi
1. PENDAHULUAN
Dalam mengembangkan teknologi PLTS, kampus STT-PLN membangun 2 sistem dari PLTS yaitu sistem On-Grid
17,6 kW dan Off-Grid 1 kWp, dimana sistem kerja On-Grid 17,6 kWp merupakan sistem kerja yang terkoneksi langsung dengan jaringan PLN. Sedangankan sistem kerja dari PLTS Off-Grid 1 kWp ini merupakan sistem yang tidak dihubungkan langsung pada jaringan PLN. Teknologi sistem PLTS Off-Grid di kampus memiliki kapasitas daya sebesar 1 kWp dimana daya yang didapatkan
berasal dari 20 panel surya berkapasitas masing-masing 50Wp yang dipasang secara seri dan parallel dalam 1 array. Sistem PLTS ini terdiri dari Solar Charger Controler (SCC), Inverter berkapasitas 3 kW, serta penyimpanan berupa baterai berkapasitas 24V;200AH yang terdiri dari 2 buah baterai VRLA.
Besar daya maksimum yang dapat dihasilkan PLTS sangat bergantung terhadap besarnya intensitas cahaya yang masuk setiap harinya, yang mana pengaruh cuaca serta gangguan bayangan benda yang dapat mengganggu penyerapan intensitas cahaya yang
diserap oleh panel surya menjadi listrik. Selain faktor eksternal, faktor internal juga mempengaruhi besar daya yang mampu diserap oleh panel surya bergantung terhadap besarnya efisiensi panel surya, serta komponen-komponen pendukung yang digunakan dalam sistem ini, seperti efisiensi inverter, maupun efisiensi baterai.
Perubahan daya yang masuk setiap harinya merupakan data yang harus didapatkan guna menunjang kegiatan pengembangan penelitian PLTS ini, baik di dalam kampus STT-PLN maupun di luar kampus STT-PLN, dimana analis sistem kinerja dari PLTS ini sangat bergantung terhadap besarnya daya yang masuk dalam jangka waktu tertentu terhadap daya keluarannya, serta untuk melihat persentase optimum yang dapat dihasilkan dari besar potensi radiasi matahari yang direalisasikan pada PLTS
Off-Grid 1kWp ini.
2. LANDASAN TEORI 2.1 Konfigurasi PLTS
Pada sistem pembangkit listrik tenaga surya konfigurasi terhadap jaringan yang terhubung dibedakan menjadi tiga, yaitu sistem PLTS yang dihubungkan langsung dengan jaringan PLN atau biasa disebut PLTS On-Grid. Sistem PLTS yang tidak dihubungkan kejaringan PLN atau yang biasa disebut PLTS Off-Grid/Stand-Alone.
Dan PLTS yang sistemnya digabung dengan jenis pembangkit lain atau biasa disebut sistem PLTS Hybrid.
2.1.1 PLTS On Grid
Sistem PLTS terinterkoneksi (On-Grid) atau yang disebut dengan Grid
Connected PV System adalah sistem
pembangkit listrik yang memanfaatkan radiasi matahari untuk menghasilkan listrik. Dan sesuai dengan namanya, maka sistem ini akan dihubungkan dengan jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatkan energi matahari melalui modul surya atau photovoltaic modul yang menghasilkan listrik semaksimal mungkin. Sistem ini juga dianggap ramah lingkungan dan bebas emisi. Sistem PLTS terinterkoneksi juga merupakan sebuah solusi green energi bagi masyarakat
perkotaan baik perkantoran maupun perumahan yang bertujuan untuk dapat memperkecil tagihan rekening listrik dari PLN dan dapat memberikan nilai tambah kepada pemiliknya.
Gambar 2.1 PLTS On-Grid
2.1.1 PLTS Off Grid
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (Off-Grid) merupakan sistem pembangkit listrik yang memanfaatkan radiasi matahari tanpa terhubung dengan jaringan PLN atau dengan kata lain satu-satunya sumber pembangkitnya yaitu hanya menggunakan radiasi matahari dengan bantuan panel surya atau photovoltaic untuk dapat menghasilkan energi listrik sistem PLTS
Off-Grid sendiri juga hanya dimanfaatkan untuk daerah yang tidak terjangkau pasokan listrik dari PLN seperti daerah pedesaan.
Gambar 2.2 PLTS Off-Grid
3. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Penelitian
Penelitian ini berlangsung dalam jangka waktu intensif dalam kurun waktu dari bulan November 2017 sampai dengan bulan Januari 2018. Data penelitian yang
diambil meliputi data kinerja PLTS selama satu hari pada saat waktu peak dari PV panel yaitu dari pukul 09:00 – 15:00 WIB, dengan parameter:
1. Tengangan keluaran. 2. Arus keluaran. 3. Iradiasi matahari.
3.2 Pengambilan Data Langsung
Pada metode peneliti melakukan pengamatan PLTS secara langsung ke lapangan dan melakukan pengambilan data dari PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN, dimana data-data yang diambil meliputi:
1. Data teknis peralatan terpasang pada PLTS Off-Grid 1 kWp, diambil dari data spesifikasi peralatan.
2. Data produksi energi PLTS berupa keluaran PV panel, baterai, serta inverter.
3. Data potensi energi yang diambil dari iradiasi matahari di STT-PLN.
3.2 Diagram Alir Penelitian
Berikut adalah diagram alir penelitian yang dilakukan:
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian PLTS
Off-Grid 1 kWp di STT-PLN.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Maintenance Pembangkit Listrik
Tenaga Surya
Dalam pembangkit listrik tenaga surya perawatan berkala atau maintenance
merupakan suatu hal yang wajib guna menjaga umur pembangkit yang lebih
lama. Faktor cuaca serta jaringan-jaringan kabel yang memiliki batas waktu, membuat pemeliharaan jaringan PLTS perlu dilakukan. Pemeliharaan performa dari PLTS dapat dilakukan dalam kurun waktu bulanan, tiga bulanan, enam bulanan, serta dalam jangka waktu tahunan. Dalam penelitian ini dilakukan pemeliharaan 3 bulanan dari PLTS berupa pembersihan permukaan PV panel serta, pemeliharaan tahunan dari jaringan PLTS. Selain melakukan pemeliharaan pada sistem jaringan dari PLTS, peneliti juga melakukan pengecekan terminal-terminal yang terdapat pada sistem PLTS.
4.2 Skema PLTS Off-Grid Di STT-PLN
Gambar 4.1 Skema PLTS Off-Grid
di STT-PLN
4.3 Produksi Riil Energi Listrik PLTS
Off-Grid STT-PLN
Dalam menilai suatu kinerja sistem PLTS diperlukan perhitungan serta analisis data monitoring yang telah diambil dari sistem PLTS dalam kurun waktu tertentu. Dimana perhitungan dan analisis dari data tersebut akan digunakan sebagai parameter untuk menyatakan PLTS tersebut dalam kondisi yang baik atau tidak. Dalam penelitian ini digunakan 2 parameter pengujian yang merupakan perbandingan antara performa PLTS ini sebelum maintenance dan setelah
Data analisis yang dibahas dalam penelitian ini meliputi data produksi energi listrik riil dan iradiasi rata-rata pada bidang
array PLTS Off-Grid STT-PLN, dimana nilai HT pada tabel 4.1 merupakan nilai iradiasi yang diambil langsung setiap 30 menit dari pukul 09:00-15:00 WIB. Untuk nilai Po (daya puncak atau daya terpasang) pada PLTS Off-Grid STT-PLN yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapasitas total yang dibangkitkan PLTS Off-grid STT-PLN, yakni sebesar 1 kWp. Serta pada penelitian ini beban total yang terpasang sebesar 500 Watt yang berasal dari 5 buah lampu pijar 100 Watt. 4.4 Produksi Rill Energi Listrik PLTS
Sebelum Maintenance
Tabel 4.1 Produksi Rill PLTS Off-Grid
Tanggal 30 November 2017
Pada analisis sistem kinerja dari PLTS Off-Grid di STT-PLN perlu dilakukan pengambilan data sebelum maintenance
dari sistem PLTS sebagai parameter kinerja dari PLTS Off-Grid STT-PLN. Tabel 4.1 di atas merupakan data produksi energi listrik riil dan iradiasi rata-rata pada bidang array PLTS Off-Grid
sebelum di-maintenance dimana nilai HT pada tabel 4.1 merupakan nilai iradiasi yang diambil secara langsung. Dari tabel 4.1 di atas dapat dilakukan pengukuran
Performance Ratio (PR) riil PLTS STT-PLN menggunakan formula:
4.5 Produksi Rill Energi Listrik PLTS Setelah Maintenance
Setelah dilakukan pengambilan data sebelum maintenance sistem PLTS Off-Grid di STT-PLN. Penelitian ini berlanjut setelah dilakukannya maintenance sistem PLTS secara keseluruhan. Mulai dari pengecekan kabel, konektor kabel, serta pembersihan kotoran pada permukaan panel surya. Pengambilan data setelah
maintenance ini perlu dilakukan guna melihat peningkatan performa sistem PLTS setelah maintenance.
Tabel 4.2 di bawah ini merupakan data produksi energi listrik riil dan iradiasi rata-rata pada bidang array PLTS Off-Grid
setelah di-maintenance dimana nilai HT pada tabel 4.2 merupakan nilai iradiasi yang diambil langsung dan merupakan data produksi PLTS Off-Grid 1 kWP di STT-PLN pada tanggal 15 Desember 2017. Dimana data tersebut diambil setelah dilakukannya maintenance pada PLTS Off-Grid STT-PLN.
Tabel 4.2 Produksi Rill PLTS Off-Grid Tanggal 15 Desember 2017
Dari data-data yang terkumpul pada tabel 4.2 dapat dilakukan pengukuran
Performance Ratio (PR) riil PLTS STT-PLN menggunakan formula:
4.5 Produksi Rill Energi Listrik PLTS Setelah Maintenance
Dalam melakukan analisis sistem PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN salah satu parameter sistem tersebut sudah bekerja dengan maksimum atau belum adalah dengan menghitung efisiensi dari sistem PLTS tersebut.
Tabel 4.3 Daya Listrik PLTS Off-Grid Tanggal
15 Desember 2017
Dari tabel 4.3 di atas dapat diketahui besar daya listrik rata-rata yang diproduksi sebesar 477,11 Watt. Sementara besar rata-rata daya listrik yang dikonsumsi sebesar 383,64 Watt.
4.6 Analisis Kinerja PLTS Off-grid 1 kWp STT-PLN
Dalam penelitian ini dilakukan analisis sistem PLTS Off-Grid berupa perbandingan antara hasil perhitungan sebelum dan sesudah dilakukan
maintenance PV panel. Serta analisis efisiensi sistem PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN.
4.6.1 Analisis Kinerja PLTS Off-grid 1 kWp STT-PLN
Pada analisis ini hal-hal yang dibandingkan adalah energi bersih yang
dikirim ke beban oleh PLTS EPV serta parameter-parameter dari kinerja PLTS, yakni hasil akhir final yield (YF), Reference
Yield (YR) dan performance ratio PR. Dimana data ditunjukkan pada tabel 4.4 di bawah ini merupakan hasil produksi energi listrik dan parameter-parameter kinerja PV panel sebelum dan sesudah
maintenance.
Tabel 4.4 Perbandingan PLTS sebelum
dan sesudah maintenance
Dari data pada tabel 4.4 didapatkan
performance ratio (PR) sesudah
maintenance yang lebih tinggi dari pada sebelum dilakukannya maintenance
terhadap PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN sebesar 27,51%. Hasil produksi PLTS yang lebih tinggi ini didapatkan setelah dilakukannya maintenance
jaringan PLTS seperti terminal kabel, kabel, serta sambungan kabel dengan cara mengganti sambungan kabel seri pada terminal dengan sambungan kabel MC4.
Selain perbaikan kualitas dari jaringan PLTS, dilakukan juga maintenance PV panel dengan cara membersihkan panel surya dari debu dan kotoran yang menempel pada permukaan panel surya dengan menyiram panel surya menggunakan air bersih. Perawatan PV panel secara rutin juga dapat menjaga PV panel dalam tetap dalam keadaan yang baik, sehingga PV panel dapat menyerap radiasi matahari dalam kondisi yang maksimum.
Tabel 4.5 Perbandingan Keluaran Terminal
PLTS pada Pukul 11:30 WIB
Pada sistem penelitian ini juga dilakukan analisis efisiensi dari sistem PLTS Off-Grid 1 kWp STT-PLN, dimana efisiensi sistem PLTS Off-grid 1 kWp ini sebesar 80,40%. Losses sebesar 19,60% pada sistem PLTS ini berasal dari rugi-rugi yang terdapat pada komponen-komponen PLTS seperti baterai dan inverter. Faktor
life time dari masing-masing komponen merupakan faktor terjadinya penurunan efisiensi dari masing-masing komponen tersebut, sehingga semakin lama sistem tersebut bekerja maka life time dari komponen-komponen tersebut akan menurun dengan diikuti penurunan efisiensi komponen. Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data secara manual setiap 30 menit dari pukul 09:00 WIB sampai 15:00 WIB, sehingga faktor kesalah pembacaan juga dapat mempengaruhi hasil pengambilan data.
5. KESIMPULAN
Dari hasil analisis yang telah dilakukan, maka kesimpulan yang didapat dari penelitian ini, yaitu:
1. Hasil akhir (YF) riil produksi PLTS
Off-Grid 1 kWp di STT-PLN setelah
maintenance jauh lebih besar dari pada sebelum maintenance. Dimana (YF) riil yang didapat sebelum
maintenance sebesar 1.71343
kWh/Wp.hari, sedangkan setelah
maintenance (YF) riil yang didapat sebesar 3.10121 kWh/Wp.hari.
2. Performance ratio (PR) rillproduksi PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN setelah maintenance mengalami peningkatan sebesar 27,51%. Dimana (PR) riil yang didapat sebelum
maintenance sebesar 51,78 %,
sedangkan (PR) riil setelah
maintenance sebesar 79.29 %. 3. Efisiensi ( ) pada sistem PLTS
Off-Grid 1 kWp di STT-PLN sebesar 80,40% yang diambil dari dari data setelah maintenance yakni pada tanggal 15 Desember 2017. 4. Penurunan performance ratio (PR)
pada produksi PLTS Off-Grid 1 kWP di STT-PLN disebabkan oleh jaringan kabel dan kondisi panel surya yang tertutup debu dan kotoran.
5. Penurunan efisiensi ( ) pada sistem PLTS Off-Grid 1 kWp di STT-PLN disebabkan oleh rugi-rugi dari komponen-komponen PLTS seperti pada baterai dan inverter.
REFERENSI
[1]. British Standard, BS EN 61724:1998 IEC 61724:1998. Photovoltaic system performance monitoring - Guidelines for measurement, data exchange and analysis.
[2]. Konings, Peter. 2014. “Advanced Training for Trainers in Photovoltaics
and Bioenergy”. Renewables
Academy. Jakarta.
[3]. Mohammad Hafidz .2016. “Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)” Basic Training For Solar System, Sekolah Tinggi Teknik-PLN. [4]. Quaschning, Volker. 2005.
Understanding Renewable Energy
System, Volume 1. London:
Earthscan.
[5]. Solar Energy International. 2004.
Photovoltaic: Design and Instalation Manual. Canada: New Society Publishers.
